¿Cómo contrarrestan las plantas las sombras producidas por los vecinos más grandes?

Todas las plantas necesitan de luz para vivir y harán todo lo posible por alcanzarla. Por ejemplo, en la selva, donde los gigantescos y frondosos árboles tapan toda la luz que pueda llegar al suelo, las plantas pequeñas – las más perjudicadas de todas – han desarrollado algunas estrategias para poder superar este inconveniente. Algunas “cambiaron de casa”, en vez de crecer en el suelo lo hacen en las ramas más altas de algunos árboles, como es el caso de las orquídeas. A este tipo de plantas se las llama epífitas.

Otra estrategia bastante común es alargar sus tallos hasta alcanzar la fuente de luz. Este fenómeno lo puedes apreciar fácilmente en tu sala. Si tienes dos plantas cerca a tu ventana, una más grande y frondosa que la otra, y la pequeña la pones detrás de la grande, podrás observar que después de unos días la planta pequeña extenderá su tallo hasta poder alcanzar la luz, ya sea por encima de la planta más grande o por los costados. Pero, ¿cómo hacen las plantas para contrarrestar este efecto?.

Científicos de la Universidad de Utrecht en Holanda y de la Universidad de Ruhr en Alemania estudiaron las bases moleculares de este comportamiento conocido como el síndrome de evitar la sombra. Lo principal en este proceso es la percepción de la intensidad y calidad de la luz. Todos sabemos que es la clorofila la molécula encargada de absorber la luz, especialmente las de longitud de onda del rojo y el azul – por eso vemos a las plantas de diferentes tonos de verde, ya que la longitud de onda de ese color no la absorben. Lo que no muchos saben es que la longitud de onda del color rojo oscuro (también conocido como rojo lejano) pasa a través de las hojas.

Las plantas tienen la capacidad de detectar la proporción entre la luz roja y la luz roja oscura R:FR (RED:FAR RED), es más, esta tasa es usada por la planta para activar o apagar muchas vías metabólicas importantes en la fisiología vegetal. La expresión de muchas fitohormonas están reguladas por la R:FR. Por ejemplo, el fotoperiodo de una planta esta determinado por la R:FR, en los días largos del verano – con más de 12 horas de luz solar – la R:FR será mayor que en los días cortos del invierno, y de esta forma la planta podrá determinar el momento adecuado para florecer y ser polinizada.

Entonces, cuando una planta más pequeña está bajo la sombra de una más grande, percibirá mayor cantidad de luz rojo oscura, así que la R:FR será menor de la normal. La planta responde ante este cambio ajustando su metabolismo, de esta manera el mecanismo de crecimiento y desarrollo de los tallos se activa gracias a la acción de las auxinas – que es la principal fitohormona envuelta en este proceso – y genera una respuesta hiponástica.

Pero, no es tan fácil como parece. Primero debe formarse la auxina, luego transportarse al lugar indicado y finalmente ejercer su efecto mediante transducción de señales y así activar los genes de ciertas proteínas envueltas con el crecimiento y desarrollo del tallo.

Keuskamp et al. primero determinaron si en realidad era la auxina la responsable del crecimiento. Para ello usaron la planta modelo Arabidopsis thaliana, la cual una de ellas era mutante para el gen del receptor de auxina (tir1) y otra fue sometida a un tratamiento con α-(feniletil-2-ona)-ácido indol acético (PEO-IAA), que es un antagonista de la auxina. En ambos casos, los hipocótilos no crecieron tanto como en los controles. Los mismos resultados se obtuvieron cuando mutaron a un gen responsable de la biosíntesis de la auxina (wei8) y cuando bloquearon al transportador de auxina PAT usando el ácido naftil-ftalámico (NPA).

Si ven las gráficas se darán cuenta que los cambios más significativos se dan en ausencia de auxinas (B) y cuando el transportador era mutado (C). Los investigadores pusieron más atención al transporte de auxinas, ya que los dos primeros resultados eran esperados. ¿Qué tenía que ver el transporte de las auxinas en el crecimiento del tallo?. Keuskamp et al. hicieron una importante observación: cuando la planta era sometida a bajos niveles de R:FR, las auxinas se acumulaban en el tallo (F, G); pero cuando se bloqueaba el transportador de auxinas, ésta se acumulaba en la parte más lateral del hipocótilo (H, I).

Entonces, los investigadores se dedicaron a buscar la proteína responsable del transporte de las auxinas desde las parte más laterales del hipocótilo hacia el tallo. Keuskamp et al. identificaron a la proteína transportadora de auxina PIN-FORMED 3 (PIN3) como la responsable de este proceso acumulativo. Usando técnicas cuantitativas de expresión genética (PCR en tiempo real), observaron que esta proteína se expresaba más cuando las tasas R:FR eran más bajas y lo hacían en la pared celular de las células endodermales, de esta manera las auxinas podían transportarse desde estas células hacia las células epidermales, que es donde ocurre el crecimiento del tallo. Cuando el gen pin3 era mutado, los hipocótilos no crecían tanto como en los controles.

Tal vez se podría modificar esta proteína usando la ingeniería genética para que se exprese en condiciones normales de R:FR para así poder tener plantas más largas, sobre todo cuando lo importante de un cultivar son los tallos tales como las plantas forrajeras, y así producir más alimento para el ganado.

Referencia:

Keuskamp, D., Pollmann, S., Voesenek, L., Peeters, A., & Pierik, R. (2010). Auxin transport through PIN-FORMED 3 (PIN3) controls shade avoidance and fitness during competition Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1013457108